Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Дискретными счетчиками аэрозольных частиц

Санкт – Петербургский Государственный Университет Информационных Технологий, Механики и Оптики

Лабораторная работа

«Измерение счетной концентрации аэрозольных

частиц методом оптического светорассеяния»

Санкт-Петербург

Составители: к.т.н. Д.Н.Козлов, О.В. Борисова. Методические указания по выполнению лабораторной работы «Измерение счетной концентрации аэрозольных частиц методом оптического светорассеяния». – С-Пб., СПбГИТМО, 2004, с.16.

Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Г.Г. Ишанина.

Дается описание лабораторной работы «Измерение счетной концентрации аэрозольных частиц методом оптического светорассеяния». В работе используется установка, разработанная в ГНЦ «ВНИИМ им. Д.И.Менделеева».

Методические указания по выполнению лабораторной работы предназначены для студентов СПбГИТМО.

Измерение счетной концентрации аэрозольных частиц методом оптического светорассеяния

Цель работы. Изучение методов и средств определения счетной концентрации аэрозольных частиц. Экспериментальные исследования функции распределения частиц по размерам полистирольного латекса.

Содержание работы

Проблема контроля чистоты воздуха в производственных помещениях электронной, фармацевтической, медицинской промышленности приобретает все большую актуальность в связи с внедрением новых технологий производства, применением большого числа чувствительной контрольной и измерительной аппаратуры.

Одним из обязательных контролируемых параметров в современных чистых помещениях является счетная концентрация аэрозоля, то есть количество частиц в единице объема воздуха. ГОСТ ИСО 14644-1-2002 “Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды” устанавливает классы чистоты помещений по счетной концентрации аэрозольных частиц с диаметрами от 0,1 до 5 мкм. Основным методом контроля частиц в данном диапазоне размеров, принятым в отечественной и зарубежной практике, является оптический. Для измерений используются фотоэлектрические или лазерные счетчики аэрозольных частиц, принцип действия которых заключается в регистрации рассеянного излучения от отдельно пролетающей через измерительный тракт частицы. Счетчики аэрозольных частиц являются сложными и дорогими приборами, регистрирующими уровень микрозагрязнений воздуха.

Градуировка и поверка счетчиков аэрозольных частиц заключается в установлении зависимости амплитуды сигнала на выходе фотоприемника от размера частицы. Эта зависимость на практике устанавливается экспериментально. Очевидно, что для проведения градуировки и поверки необходимы частицы с известным размером, формой, коэффициентом преломления. Получение монодисперсных частиц является важнейшей задачей градуировки, а от их качества во многом зависят погрешности приборов.

В работе определяется один из ключевых параметров аэродисперсных сред – счетная концентрация аэрозоля методом оптического светорассеяния.

Важной характеристикой дисперсности аэрозольной среды является функция распределения частиц среды по какому – либо параметру, например, по размеру.

Дифференциальная функция распределения (плотность вероятности) f(r), умноженная на dr, равна числу частиц в интервале r, r+dr

Условие нормировки функции распределения обычно записывается следующим образом:

нормировка на единицу: ,

нормировка на концентрацию .

Характерные моменты распределения (среднее, среднеквадратичное, и т.д.) определяются по известному соотношению

,

где n – номер момента.

Первый момент (n = 1) – это среднее значение размера частиц. Среднеквадратический радиус характеризует оптические свойства ансамбля частиц в области размеров, больших длины волны используемого излучения. Среднекубический радиус определяет массовую концентрацию частиц. Абсцисса максимума распределения rm называется модой. Дисперсия распределения определяется как

,

где  2 называется среднеквадратическим отклонением, а величина /r (в процентах) – коэффициентом вариации.

Интегральная функция распределения F(r) показывает, какая доля частиц имеет радиус больше некоторого значения r:

.

Функция распределения частиц аэрозоля по размеру может быть получена путем измерения размеров индивидуальных частиц с помощью фотоэлектрического прибора и сортировки результатов измерений по равным размерным интервалам r с помощью электронных устройств. Полученные данные представляются графически в виде ступенчатой зависимости (гистограммы), где по оси абсцисс откладывается значение размера частиц, а по оси ординат – относительная доля частиц в интервале r, r+r от общего числа измеренных частиц. Аналитическое выражение функции распределения обычно является аппроксимацией сглаженной гистограммы. Наиболее распространены следующие функции распределения:

Читайте так же:
Компания водомер поверка счетчиков

Распределение Гаусса (нормальное) – для аэрозолей, близких к монодисперсным:

.

Распределение Юнге — для атмосферных аэрозолей при r0,1 мкм

,

В атмосферных аэрозолях различного происхождения показатель степени изменяется примерно от 2 до 5.

Гамма – распределение – для частиц облаков и туманов в диапазоне радиусов 0,5 – 20 мкм:

,

где (+1) – гамма –функция.

Логарифмически – нормальное распределение – для ряда промышленных и природных аэрозолей конденсационного и дисперсионного типов:

;

;

.

В качестве объекта исследования применяются следующие типы стандартных образцов: ГСО гранулометрического состава Д040 (монодисперсный полистирольный латекс) (регистрационный номер № 7967 – 2001) и ГСО гранулометрического состава Д050 (монодисперсный полистирольный латекс) (регистрационный номер № 7968 – 2001). Нормированные метрологические характеристики :

аттестуемая характеристика СО: средний диаметр частиц;

допускаемый интервал аттестованного значения СО: от 0,35 до 0,45 мкм для образца Д040 и от 0,45 до 0,55 мкм для образца Д050;

относительная погрешность аттестованного значения СО:  6 %, Р=0,95

Нормированные метрологические характеристики ГСО гранулометрического состава Д040 (монодисперсный полистирольный латекс)

Регистрационный номер № 7967 – 2001

аттестуемая характеристика СО: средний диаметр частиц;

допускаемый интервал аттестованного значения СО: от 0,35 до 0,45 мкм;

относительная погрешность аттестованного значения СО:  6 %, Р=0,95

Нормированные метрологические характеристики ГСО гранулометрического состава Д050 (монодисперсный полистирольный латекс)

Регистрационный номер № 7968 – 2001

аттестуемая характеристика СО: средний диаметр частиц;

допускаемый интервал аттестованного значения СО: от 0,45 до 0,55 мкм;

относительная погрешность аттестованного значения СО:  6 %, Р=0,95

Образцы представляют собой диспергированные в воде частицы полистирола, с концентрацией полимерной фазы не менее 10 % и относительной дисперсией размеров не более 6 %.

Назначение и область применения: поверка аэрозольных и гидрозольных счетчиков, анализаторов запыленности газовых сред и микрозагрязнений жидкостей.

Для определения среднего размера частиц и относительной дисперсии размеров частиц стандартного образца используются счетчик аэрозольных частиц

АЗ-10 и счетчик аэрозольных частиц ПК.ГТА 0,3 – 002.

Счетчики частиц и пылемеры

МодельЦена (с НДС)ГосреестрГарантия
Счетчик частиц (АЗ-10)230 300 руб.12

Прибор АЗ-10 предназначен для контроля запыленности специальных производственных помещений, а также может быть использован для проверки фильтрующих устройств.

Отображает 6 каналов распределения частиц по размерам. Имеет память на 500 измерений (2 000 с Опцией EX), с информацией о памяти для хранения и регистрации данных, времени, подсчетах, объеме пробы, температуре и относительной влажности. При помощи соединительного кабеля и программного обеспечения RS-232/RS-485 данные можно легко передать на компьютер или принтер.

Является 32-канальным пробоотборным устройством, что позволяет проводить измерения сразу в нескольких помещениях одним счетчиком частиц.

Промышленные стационарные цифровые измерители концентрации пыли серии S300 работают на эффекте переноса заряда.

Сигнализатор исправности рукавного фильтра Snifter применяется для контроля исправности рукавных фильтров. Имеет два сигнала тревоги при превышении установленного оператором порогового значения массовой концентрации аэрозоля — в 5 раз (ALERT) и в 20 раз (ALARM). Может быть установлен в трубы диаметром от 100 мм до 2 м. Состоит из корпуса со встроенной электроникой и зонда.

Аэрозольный генератор служит для получения тест-аэрозолей с заданными свойствами

Прибор может одновременно показывать счетную концентрацию частиц трех размеров в размерных диапазонах частиц от 0,3 до 5 мкм. При этом на экран дисплея непрерывно выводятся концентрации частиц размером 0,3 и 5,0 мкм. Третий размер, выводимый на экран дисплея, выбирается и устанавливается оператором из ряда размеров: 0.5, 1.0, 2.0, or 2.5 μm.

Прибор может одновременно показывать счетную концентрацию частиц шести размеров в размерных диапазонах частиц от 0,3 до 10 мкм. В зависимости от модификации прибора он калибруется на различные размеры частиц. Так для модификации 9306-03: размеры частиц равны: 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 2.0, 5.0 μm; для 9306-04: 0.3, 0.5, 1.0, 3.0, 5.0, 10.0 μm; для 9306-V2: 0.3, 0.5, 1.0, 3.0, 5.0, 10.0 μm, но могут быть установлены оператором произвольно в диапазоне от 0.3 до 10 μm.

Предназначен для измерения массовой концентрации пыли различного происхождения и химического состава при контроле превышения предельно-допустимых концентраций в воздухе рабочей зоны (в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88, МУ 44.36-87 и СНиП 2.23.570-96), технологического контроля систем кондиционирования, вентиляционных систем и чистоты объектов различного назначения, а также сигнализации при превышении заданных порогов после градуировки по месту эксплуатации сравнительным методом.

Оценка защитных свойств некоторых видов анатомических масок

В статье описаны результаты сравнительной оценки защитных свойств четырех видов медицинских масок, используемых потребителями для защиты от вредных аэрозолей. Новые анатомические медицинские маски показали значительно более высокие результаты как по качес

The article describes results of comparative assessment of protective properties of four types of medical masks, which consumers use for protection from harmful aerosols. The new anatomic medical masks showed significantly higher results, both by quality of their filtering material, and by tightness of face fitting as compared to a usual medical mask.

Развитие промышленности сделало негативное влияние человека на экологию Земли определяющим. Одним из самых важных критериев благоприятной экологической обстановки является чистота воздуха. В отличие от продуктов питания или воды, чистоту воздуха простому потребителю контролировать гораздо сложнее.

По литературным данным, жители более промышленно развитого Северного Китая имеют в среднем на три года меньшую продолжительность жизни, чем жители аграрного Южного Китая. Исследователи связывают эту разницу с чистотой воздуха — в воздухе Северного Китая присутствует огромное количество взвешенных частиц, появившихся в результате заводских выбросов [1].

В России проблема загрязнения воздуха касается только крупных промышленных городов. По данным Росгидромета, в 12 из 35 крупнейших городов России загрязнение воздуха взвешенными частицами превышает предельно допустимые показатели, что, несомненно, сказывается на здоровье их жителей [2, 4, 6].

Еще одним критерием чистоты воздуха является наличие или отсутствие в нем опасного биологического аэрозоля — патогенных вирусов, бактерий и грибов. Как правило, в крупных городах проблема биологически грязного воздуха стоит наиболее остро, об этом свидетельствуют регулярно возникающие волны респираторных заболеваний [3].

В качестве средства индивидуальной защиты органов дыхания в повседневной жизни человека чаще всего выступают медицинские маски. В связи с этим целью данной работы стала сравнительная оценка защитных свойств четырех видов медицинских масок.

В качестве критериев оценки нами были выбраны следующие: оценка фильтрующих свойств материала масок, сопротивление материала масок потоку воздуха и плотность прилегания масок к лицу.

Материалы и методы исследования

Виды исследуемых анатомических масок

Были исследованы защитные свойства четырех медицинских масок, изображения которых представлены на рис. 1.

Белая маска — маска анатомическая медицинская «Барьерный риф» в варианте исполнения SB без клапана, на резинках с носовым фиксатором, производства Hubei Xianmeng Health Protection Commodity Co., Ltd., PRC.

Розовая маска — маска анатомическая медицинская «Masker’s» в варианте исполнения SL без клапана, на резинках с носовым фиксатором, производства Hubei Xianmeng Health Protection Commodity Co., Ltd., PRC.

Черная маска — маска анатомическая медицинская «Masker’s» в варианте исполнения NF с клапаном, на резинках с носовым фиксатором, с клапаном выдоха, производства Hubei Xianmeng Health Protection Commodity Co., Ltd., PRC.

Синяя маска — медицинская маска трехслойная, на резинках с носовым фиксатором, производитель ООО «Ньюфарм», Ивановская обл., г. Кинешма, Россия.

Измерения сопротивления потоку воздуха фильтрующего материала масок

Для измерения сопротивления потоку воздуха фильтрующего материала масок была задействована специальная установка.

Процедура оценки сопротивления потоку воздуха состояла в измерении падения давления на держателе при разных скоростях потока нагнетаемого воздуха. Сначала измеряли падение давления на держателе без закрепленного фильтра. Затем материал маски плотно зажимали в держателе и производили измерение давления при нескольких скоростях потока воздуха. Падение на фильтре рассчитывали по разности значений давления, полученных с фильтром, и значений, измеренных без фильтра.

Измерение прохождения аэрозольных частиц 0,3–5,0 микрон через материал масок

Для измерении прохождения аэрозольных частиц диаметром 0,3–5,0 микрон использовали лазерный счетчик аэрозольных частиц фирмы «Аэронанотех» (модель 4705). Прибор был откалиброван производителем в соответствии с требованиями Национального института стандартов и технологии США (National Institute of Standards and Technology, NIST).

Процедура измерения состояла в последовательном измерении концентрации аэрозольных частиц разного размера. Процент пропускания частиц каждого размера I рассчитывали по формуле (1) как отношение числа частиц каждого размера, прошедших через фильтр Сф, к среднему значению концентрации соответствующего аэрозоля в комнате Со:

Качество фильтровального материала K определяется отношением логарифма пропускания аэрозоля материалом фильтра к величине сопротивления потоку, которое в простейшем случае можно выразить падением давления ΔP на фильтрополотне:

Обычно производили 5 измерений в разных участках на каждом образце маски.

Измерение прохождения больших аэрозольных частиц на примере ликоподия (споры плауна булавовидного, Lycopodium clavatum) через материал масок

При исследовании проницаемости материала масок для крупных аэрозольных частиц были использованы споры плауна, Lycopodium clavatum, с размерами около 30 микрон. Эти споры доступны коммерчески под именем ликоподий. Они используются в медицине в качестве детской присыпки, для обсыпки пилюль и в народной медицине для заживления ран.

Для измерений была задействована специальная установка. При этом последовательно с исследуемым образцом материала маски соединяли нанофильтр, изготовленный в лаборатории из капроновых нановолокон методом электропрядения, как описано в работе [5].

Число частиц, прошедших через образец, определяли прямым подсчетом частиц на капроновом нанофильтре, который оптически прозрачен, поэтому частицы ликоподия легко различимы на фильтре при небольшом увеличении микроскопа.

Оценка плотности прилегания анатомических масок к лицу

При небольших изменениях давления при плотном и неплотном прилегании маски к лицу доброволец не меняет режим дыхания, и поток воздуха из легких остается одинаковым в обоих случаях. Поэтому:

Поток воздуха при плотном прилегании равен отношению падения давления на маске при плотном прилегании к сопротивлению маски, а при неплотном — отношению падения давления на маске при неплотном прилегании к тому же сопротивлению маски:

Отсюда плотность прилегания маски к лицу равна отношению падения давления на маске при неплотном прилегании к падению давления на маске при плотном прилегании:

Если измерить падение давления на маске при плотном и неплотном прилегании, можно оценить плотность прилегания маски к лицу.

Для измерения падения давления на маске при дыхании была задействована специальная установка.

Результаты и обсуждение

Зависимость падения давления на фильтрополотне от скорости потока

Как видно, несмотря на усреднение по пяти измерениям для каждого значения скорости потока, фильтрополотно белых и розовых масок («Барьерный риф» SB и «Masker’s» SL соответственно) показывает значительный разброс, что свидетельствует о неоднородности материала.

Материалы черной («Masker’s» NF) и обычной синей масок показывают практически идентичные значения сопротивления потоку, как видно из малого разброса значений давления для каждой скорости потока.

Коэффициент, характеризующий наклон прямой зависимости давления от скорости потока, усреднен для каждого типа масок и представлен в табл. 1.

Как видно из таблицы, наименьшее сопротивление потоку воздуха оказывают обычные синие маски. Затем по возрастающей идут белые «Барьерный риф» SB, розовые «Masker’s» SL и черные «Masker’s» NF маски.

Проскок аэрозольных частиц с размерами в интервале 0,3–5,0 микрон и оценка фильтрующих качеств материалов масок

Как видно из представленных данных на рис. 2 и в табл. 2, черные анатомические маски «Masker’s» NF обладают наименьшим проскоком для всех размеров аэрозольных частиц.

Проскок через материал обычных трехслойных синих масок — наибольший среди исследованных материалов.

Розовые анатомические маски «Masker’s» SL и белые анатомические маски «Барьерный риф» SB немного уступают черным маскам «Masker’s» NF, но значительно превосходят обычные трехслойные синие маски.

Наиболее наглядно различия в эффективности фильтрования масок можно увидеть получив значения, обратные проскоку: эффективность фильтрации. Значения фильтрации показаны на рис. 3.

Качество фильтрующего материала определяется степенью проскока частиц, отнесенной к падению давления при фиксированной скорости потока воздуха через материал. Удобно количественно характеризовать качество как отношение отрицательного логарифма степени проскока к падению давления при фиксированной скорости потока в соответствии с формулой (2).

Как видно из табл. 3, наивысшим фильтрующим качеством материала обладают черные анатомические маски «Masker’s» в варианте исполнения NF, которые для частиц минимального размера (0,3 микрона) в 20–30 (!) раз превосходят обычные синие медицинские маски.

Для частиц размером 30 мкм (частицы ликоподия) разница в фильтрующих свойствах между масками не столь велика. В разных опытах масса осевшего на поверхности образца ликоподия варьировала от 1,2 до 32 мг. При этом количество прошедших через образцы частиц ликоподия составляло всего несколько частиц. Для каждого типа маски были проведено три независимых измерения. Результаты эксперимента суммированы в табл. 4.

Как видно из таблицы, материал всех исследованных масок пропускает крайне малое количество частиц ликоподия, составляющее (2–58) × 10 –6 от числа задержанных на материале.

Оценка плотности прилегания масок к лицу

В табл. 5 представлены данные по плотности прилегания масок к лицу, рассчитанные по падению давления на масках по методу, описанному выше по формуле (6). Видно, что наименьшую плотность прилегания к лицу имеют синие медицинские маски фирмы «Ньюфарм» (35%, две трети воздуха проходит мимо маски и не очищается), а наибольшую плотность прилегания (более 73%) имеют черные маски «Masker’s» NF. Маски белая «Барьерный риф» SB и розовая «Masker’s» SL немного уступают черной маске «Masker’s» NF. Результаты отражены на рис. 4.

Из полученных данных следует, что при оценке эффективности масок большое значение имеют не только фильтрующие свойства материала, но и такой показатель, как прилегание к лицу.

Заключение

Сравнительное испытание защитных свойств протестированных медицинских масок позволило сделать следующие выводы.

По количественному параметру качества материала (отношение логарифма проскока к сопротивлению потока) для аэрозольных частиц 0,3–5,0 мкм черная маска «Masker’s» NF в 7–30 раз превосходит стандартную синюю медицинскую маску. Белые маски «Барьерный риф» SB и розовые маски «Masker’s» SL в интервале аэрозольных части 0,3–5,0 мкм в 2–4 раза превосходят обычные синие. Для аэрозольных частиц 30 мкм статистически достоверного отличия в проскоке для всех четырех исследованных масок не обнаружено. Все они обладают очень малым проскоком.

Лучшее прилегание к лицу, а следовательно, и качество фильтрования (более 73%, что на 108% лучше обычной синей медицинской маски) имеют черные маски «Masker’s» NF. Меньшее прилегание показали белые маски «Барьерный риф» SB и розовые маски «Masker’s» SL, что на 63% и 40% соответственно лучше обычной синей медицинской маски.

Результаты сравнительных испытаний защитных свойств протестированных медицинских масок полностью подтверждают обоснованность скорейшего перехода на анатомические медицинские маски («Барьерный риф» SB, «Masker’s» SL и «Masker’s» NF) и дальнейшее их совершенствование.

Литература

  1. Chen Y., Ebenstein A., Greenstone M., Li H. Evidence on the impact of sustained exposure to air pollution on life expectancy from China’s Huai River policy // PNAS. 2013. V. 110, № 32, p. 12936–12941.
  2. Безуглая Э. Ю. и др. Аналитический обзор: качество воздуха в крупнейших городах России за десять лет (1997–2007). СПб: ГУ «ГГО», Росгидромет, 2009.
  3. Dalziel B. D. et al. Urbanization and humidity shape the intensity of influenza epidemics in U. S. cities // Science. 2018. V. 362, I. 6410, p. 75–79.
  4. http://www. plantsystematics. org/imgs/robbin/r/Lycopodiaceae_Lycopodium_clavatum_15711. html.
  5. Mikheev A. Y., Shlyapnikov Y. M., Kanev I. L., Avseenko A. V., Morozov V. N. Filtering and optical properties of free standing electrospun nanomats from nylon-4,6 // European Polymer Journal. 2016, 75, 317–328.
  6. Eckhoff R. K. Dust Explosions in the Process Industries. Gulf Professional Publishing. 2003, 719 c.

А. Ю. Михеев* , 1 , кандидат физико-математических наук
А. В. Авсеенко
В. Н. Морозов*,
доктор физико-математических наук

* ФГБУН ИТЭБ РАН, Пущино

Оценка защитных свойств некоторых видов анатомических масок/ А. Ю. Михеев, А. В. Авсеенко, В. Н. Морозов
Для цитирования: Лечащий врач № 12/2018; Номера страниц в выпуске: 59-64
Теги: дыхательные пути, фильтрация воздуха, прилегание к лицу

Дискретными счетчиками аэрозольных частиц

  • Главная /
  • Каталог продукции /
  • Общелабораторное оборудование /
  • Счетчики клеток и частиц /
  • Счетчики аэрозольных частиц

  • Информация для заказа
  • Описание
  • Литература

Цена: по запросу

Цена: по запросу

Цена: по запросу

Цена: по запросу

Цена: по запросу

Цена: по запросу

Цена: по запросу

Цена: по запросу

Цена: по запросу

Цена: по запросу

Цена: по запросу

Ручные счетчики аэрозольных частиц серии MET ONE HHPC+
предназначены для быстрой проверки труднодоступных зон на соответствие ISO классам 5-7 (FED STD классам 100 – 10 000). Благодаря небольшому весу и высокому разрешению дисплея они идеально подходят для рутинного мониторинга контролируемых сред и мини-сред, устранения контаминаций, выявления критических зон и источников частиц в производственном оборудовании.

• Отраслевой стандарт ISO 14644-1 (FS 209E)
• Соответствие CFR 21 Part 11
• Диапазон размеров частиц: 0,3 – 10,0 мкм
• Число каналов детекции: 2 – 6
• Измерение одной рукой
• Подключение к компьютеру через сеть Ethernet или USB-кабель

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector